專利名稱：一種燃氣輪機用高效壓氣機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃氣輪機中使用的壓氣機，尤其是關(guān)于燃氣輪機吸入工作介質(zhì)被壓氣機壓縮后送入燃燒室噴入燃料燃燒后在透平內(nèi)膨脹做功，通過傳動軸輸出給發(fā)電機發(fā)電或其它工作母機做功用的壓氣機。
背景技術(shù)：
壓氣機是燃氣輪機中的主要部件之一，直接反映壓氣機性能指標(biāo)參數(shù)的是總壓縮比、絕熱壓縮效率和穩(wěn)定工作裕度。
為實現(xiàn)上述性能指標(biāo)，目前的基本作法是在壓氣機機軸與壓氣機機匣上，交替連續(xù)依次分設(shè)工作葉片和靜葉，而且由多個級串聯(lián)構(gòu)成氣體流道，其總壓縮比，絕熱壓縮效率和穩(wěn)定工作裕度，是壓氣機的重要指標(biāo)，現(xiàn)有多數(shù)燃氣輪機壓氣機的級壓比約為1.16左右。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有燃氣輪機壓氣機級壓比的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供一種燃氣輪機用高效壓氣機，該壓氣機為單軸，15級軸流式壓氣機，其總增壓比為14.7，平均級增壓比為1.196，壓縮機絕熱壓縮效率為0.84，壓氣機的穩(wěn)定工作裕度大于12％，為實現(xiàn)以上指標(biāo)，本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案是1、壓氣機進口設(shè)置可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流葉片。在第5、10、15級后設(shè)置用于不同工作狀態(tài)協(xié)調(diào)放氣的放氣活門，燃機上連續(xù)兩級采用以改善轉(zhuǎn)子第一、第二級工作葉片葉尖的氣流流場、推遲失速，使單轉(zhuǎn)子額定工況穩(wěn)定工作裕度大于12％水平的處理機匣技術(shù)。
2、壓氣機轉(zhuǎn)子1-3級壓氣機輪盤和葉片采用懸臂外伸結(jié)構(gòu)，比常規(guī)設(shè)計轉(zhuǎn)子長度縮短約1米。為提高平衡精度，減少轉(zhuǎn)子工作時的內(nèi)應(yīng)力，壓氣機轉(zhuǎn)子所有盤和鼓有三種不同連接形式，1-4級盤為螺栓連接，5-10級盤，11～17級電子束焊，4級盤和5級盤連接處和10級盤與11級盤連接處采用徑向銷釘方式連接。
3、為向透平盤和工作葉片提供不同壓力和溫度的冷卻空氣，在該機內(nèi)設(shè)有一種由輻射式引氣管與分層套管組成的轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷氣傳輸裝置，冷卻空氣從所需引出的級的鼓筒處開孔引入轉(zhuǎn)子內(nèi)腔，引入的空氣由若干根沿園周分布的輻射式管收集，沿內(nèi)層套管流路而送入透平轉(zhuǎn)子內(nèi)腔，先冷卻透平輪盤，再被引入工作葉片去冷卻高溫的透平葉片，在轉(zhuǎn)子內(nèi)，分層套管和輻射式引氣管用環(huán)形件固定在壓氣機盤的內(nèi)孔上，并與轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明所述方案的積極效果是用較少的級數(shù)達到較高的總增壓比，轉(zhuǎn)子軸頸縮短，質(zhì)量下降，成本低，運行平穩(wěn)，穩(wěn)定工作裕度大幅提高，而且將不同壓力、不同溫度的冷卻空氣無干擾地引向各自的目的地，加強了特別是透平后面級的冷卻效果。輻射式集氣管的作用是減少因氣流在盤腔內(nèi)因輪盤的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)而產(chǎn)生的溫度升高，分層套管除引導(dǎo)氣流外還起到隔熱屏的作用減少冷卻空氣在傳輸過程中的溫度升高，采用此方案大幅度提高了透平盤和葉片的冷卻效果。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理剖視圖；圖2是圖1中靜子機匣后機匣垂直結(jié)合面示意圖；圖3是圖1中靜子機匣前機匣水平結(jié)合面示意圖。
圖中1、壓氣機，2、可調(diào)導(dǎo)流葉片，3、壓氣機靜子機匣，4、處理機匣、5壓氣機整流葉片，6、1～15級壓氣機葉片，7、轉(zhuǎn)子，8、1～15級輪盤，9、放氣口，10、輻射式引氣管，11、分層套管，12、后鼓筒承力盤，13、1～3級盤，14、前軸頸，15、5～10級盤，16、鼓筒開孔處，17、11～15級盤，18、前機匣，19、后機匣。
具體實施例方式
一種重型燃氣輪機用壓氣機(1)，由壓氣機靜子(3)和轉(zhuǎn)子(7)組成。靜子上安裝有進口可調(diào)導(dǎo)流葉片(2)，壓氣機整流葉片(5)等。轉(zhuǎn)子上安裝有1～15級輪盤(8)，1～15級壓氣機葉片(6)，前軸頸(14)和兩級后鼓筒承力盤(12)，其轉(zhuǎn)子后端與透平轉(zhuǎn)子前端用螺栓連接形成整體轉(zhuǎn)子。
壓氣機的流道形狀采用先進的氣動設(shè)計方法確定。工作葉片和整流葉片的葉型均采用高效率低損失的葉型。此壓氣機氣動設(shè)計和葉片選型的優(yōu)化組合使其在15級壓縮機結(jié)構(gòu)上達到壓比為14.7，工作點效率0.84，穩(wěn)定工作裕度為12％，平均級壓比達1.196的水平。
壓氣機綜合利用了各種提高非工作狀態(tài)下穩(wěn)定工作裕度的辦法。在壓氣機進口裝有可調(diào)進口導(dǎo)流葉片(2)，在第一、二級機匣內(nèi)壁上設(shè)置了處理機匣結(jié)構(gòu)(4)，在壁面上開有若干個斜置的小槽。它可以改善壓氣機第一、二級工作葉片葉尖氣流的流場，從而推遲氣流失速，擴大穩(wěn)定工作裕度。在壓氣機第5、10和15級出口設(shè)計有放氣口(9)，調(diào)整放氣量可以擴大壓氣機非額定工況的穩(wěn)定工作裕度。
壓氣機的靜子機匣(3)，分成前后兩段。前機匣(18)有水平分界安裝邊，后機匣(19)有垂直分界安裝邊，這種設(shè)計特點可以保證機匣組合后水平和垂直方向的剛性基本一致，加強整機剛性。
壓氣機轉(zhuǎn)子1～3級盤(13)設(shè)計成前伸懸臂式，4級盤與前軸頸(14)用電子束焊在一起形成整體結(jié)構(gòu)，5～10級盤(15)和11～15級盤(17)和兩個鼓筒加強盤為電子束焊焊成的單元體。轉(zhuǎn)子1～4級盤用螺栓相連，4級盤、5～10級盤和11～15級盤單元體之間采用一組徑向銷釘連接結(jié)構(gòu)形式。在1～15級盤上裝有1～15級葉片(6)。如圖轉(zhuǎn)子軸頸縮入1～3級盤內(nèi)大大縮短了轉(zhuǎn)子的長度，和目前重型單軸燃氣輪機比它是本壓氣機的一大特點。壓氣機轉(zhuǎn)子盤連接采用螺栓、焊接和徑向銷釘組合的形式。方便了轉(zhuǎn)子的分步平衡方案的實施，提高轉(zhuǎn)子平衡精度，減少轉(zhuǎn)子工作時的內(nèi)應(yīng)力也是本壓氣機特點之一。
為向透平的輪盤和葉片輸送冷卻空氣，本方案采用透平不同級分別輸送不同壓力、溫度的冷卻空氣的方案以提高每級透平輪盤和葉片的冷卻效果。具體實施方法是采用輻射式引氣管(10)和分層套管(11)組成的轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷卻空氣傳輸裝置。冷卻空氣從鼓筒開孔處(16)引入，由沿圓周均布的若干徑向輻射狀引氣管收集，沿內(nèi)腔的分層套管輸向透平的輪盤和葉片對它們進行冷卻。該裝置用環(huán)形件固定在壓氣機轉(zhuǎn)子輪盤的內(nèi)徑處與壓氣機轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動。輻射引氣管的作用是減少進入轉(zhuǎn)子內(nèi)腔的冷卻空氣因輪盤旋轉(zhuǎn)效應(yīng)而升溫，分層套管的作用一方面隔離不同壓力和溫度的冷卻空氣形成通道，另外還起到隔熱屏的作用減少對冷卻空氣的輻射傳熱，這種技術(shù)方案的特點是克服重型機中通常采用的單股冷卻空氣順序冷卻透平各級輪盤和葉片的方案中冷卻效果欠佳的缺點，采用本裝置可大幅度提高冷卻效果特別是透平后幾級輪盤和葉片的冷卻效果。
權(quán)利要求
1.一種燃氣輪機用壓氣機，它包含有機匣、工作葉輪和靜葉片，其特點是壓氣機進口設(shè)置可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流葉片，在第5、10、15級后設(shè)置放氣活門，在第一、二級機匣內(nèi)壁上設(shè)置了處理機匣結(jié)構(gòu)，1～3級壓氣機輪盤和葉片設(shè)有懸臂支承，壓氣機轉(zhuǎn)子1～4級盤與鼓螺栓連接，5～10，11～17盤與鼓電子束焊連接，4和5級盤及10和11級盤銷釘連接，壓氣機和透平之間設(shè)有輻射式引氣管與分層套管，用環(huán)形件固定在壓氣機盤內(nèi)孔上。
2.如權(quán)利要求1所述的燃氣輪機壓氣機，其特征在于所述第一、二級機匣內(nèi)壁上設(shè)置了處理機匣結(jié)構(gòu)，是在壁面上開有若干斜置的小槽。
3.如權(quán)利要求1所述的燃氣輪機壓氣機，其特征在于在所述轉(zhuǎn)子內(nèi)設(shè)有一種由輻射式引氣管與分層套管組成的轉(zhuǎn)子內(nèi)腔冷氣傳輸裝置，在轉(zhuǎn)子內(nèi)，分層套管和輻射式引氣管用環(huán)形件固定在壓氣機盤的內(nèi)孔上，并與轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
一種燃氣輪機用高效壓氣機，它包含有機匣、機軸，工作葉輪和靜葉片，在壓氣機進口設(shè)置可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流葉片，在5、10、15級后設(shè)置放氣活門，重型燃機上連續(xù)兩級為處理機匣，1－3級壓氣機輪盤和葉片設(shè)有懸臂支承，轉(zhuǎn)子長度縮短約1米，壓氣機轉(zhuǎn)子1－4級盤和鼓螺栓連接，5－10，10－17級盤與鼓電子束焊連接，4和5級盤及10和11級盤銷釘連接，壓氣機和透平間設(shè)有輻射式引氣管與分層套管，并用環(huán)形件固定在壓氣機盤內(nèi)孔上，本發(fā)明具有熱效率高，工作穩(wěn)定，機重相對減小，冷卻效果好的特點。
文檔編號F01D1/00GK1514110SQ03133740
公開日2004年7月21日 申請日期2003年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月16日
發(fā)明者李景波, 崔榮繁, 龐為, 陳克杰, 鄭志豪, 包宏強, 王敬松, 于海, 孫遠偉 申請人:沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責(zé)任公司, 沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責(zé)任